CMOS有源像素图像传感器的电子辐照损伤效应研究

对某国产CMOS图像传感器进行了两种不同能量的电子辐照试验,在辐照前后及退火过程中采用离线测量方法,考察了暗信号、饱和电压、光谱响应特性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。结果表明:暗信号和暗信号非均匀性都随着辐照剂量的增加及高温退火时间的延长而增大;饱和电压在两种能量电子辐照下均出现较大幅度的减小,并在高温退火过程中有所恢复;光谱响应特性无特别明显变化。经分析,暗电流、饱和电压的变化主要由辐照诱发的氧化物陷阱电荷导致的光敏二极管耗尽层展宽和界面陷阱电荷密度增大导致产生-复合中心的增加所引起。     

质子辐射下互补金属氧化物半导体有源像素传感器暗信号退化机理研究

对某国产0.5 μm工艺制造的互补金属氧化物半导体有源像素传感器进行了10 MeV质子辐射试验, 当辐射注量达到预定注量点时, 采用离线的测试方法, 定量测试了器件暗信号的变化情况. 试验结果表明, 随着辐射注量的增加暗信号迅速增大. 采用MULASSIS (multi-layered shielding simulation software)软件计算了电离损伤剂量和位移损伤剂量, 在与γ辐射试验数据对比的基础上, 结合器件结构和工艺参数, 建立了分离质子辐射引起的电离效应和位移效应理论模型, 深入分析了器件暗信号的退化机理. 研究结果表明, 对该国产器件而言, 电离效应导致的表面暗信号和位移效应导致的体暗信号对整个器件暗信号退化的贡献大致相当.     

CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应

为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。     

CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应

为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。     

CMOS图像传感器在质子辐照下热像素的产生和变化规律

应用于空间的图像传感器在辐射影响下产生的热像素严重影响空间光电探测性能,本文通过质子辐照试验研究了热像素的产生和变化规律。首先,使用3 MeV和10 MeV两种能量的质子对图像传感器进行辐照,分析不同能量、不同注量的质子辐照产生热像素的性质;其次,再对辐照后的器件进行退火试验,分析热像素的退火规律。对于相同注量辐照,3 MeV质子辐照下热像素产生率大约是10 MeV质子辐照下的2.3倍,但是10 MeV质子辐照产生热像素的灰度值高于3 MeV质子;辐照过程中热像素的数量都是随着注量的增加线性增加。退火过程中,热像素数量都不断减少,而3 MeV质子辐照产生的热像素相比于10 MeV质子,退火更为显著。结果表明,质子辐照下每个质子与器件之间的作用过程及产生缺陷的机制是相对独立的,不同质子的作用过程之间没有相关性。不同能量的质子辐照产生缺陷的类型不同,导致热像素具有不同特性。     

0.5 μm工艺CMOS有源像素传感器的总剂量辐射效应

采用⁶⁰Co-γ射线对某国产0.5 μm CMOS N阱工艺CMOS有源像素传感器(APS)的整体电路和像素单元结构进行了电离总剂量辐射效应研究,重点考察了器件的饱和输出信号、像素单元输出信号、暗信号等参数的变化规律.随着辐射剂量的增大,饱和输出信号逐渐减小且与像素单元饱和输出信号变化基本一致;暗信号随总剂量的增大而显著增大.研究结果表明,0.5 μm工艺CMOS APS电离总剂量辐射效应引起参数退化的主要原因是光敏二极管周围的整个LOCOS(Local oxidation of silicon)隔离氧化层产生了大量的辐射感生电荷.     

X射线和~(60)Coγ射线辐照食管癌细胞的拉曼光谱研究

食管癌细胞(EC9706)经不同剂量X射线和60Coγ射线辐照后继续培养24h,利用激光拉曼光谱分析EC9706细胞内部蛋白质、核酸、脂类等生物大分子的构象和含量变化。分析发现,两种放射源各剂量组拉曼光谱的峰强和频移与空白对照组之间都存在较大的差异。主要表现为(1)X射线辐照后,对照组光谱中存在的某些谱带,个别剂量组中该谱带却消失。蛋白质主链中骨架C-N振动引起的1114 cm-1谱带在各剂量组中普遍消失,膜脂中膜结合β-胡萝卜素的C=C振动谱带1523 cm-1仅存在于6Gy组。(2)60Coγ射线辐照后,蛋白质酰胺Ⅲ带在中等剂量(4、5Gy)组中β折叠结构向无规卷曲转化,大剂量组中DNA中的磷酸二酯(O-P-O)基团的非氢键化程度增强。拉曼特征峰在不同剂量组中的变化,为进一步从物理能级结构角度研究X射线和60Coγ射线对EC9706细胞的辐照损伤机制提供了实验依据。     

CMOS有源像素传感器辐射损伤对星敏感器星图识别影响机理与识别算法

为分析恶劣空间辐射环境导致星敏感器性能退化、姿态测量精度降低的原因,深入研究了⁶⁰Co-γ射线辐射环境下互补金属氧化物半导体有源像素传感器(complementary metal oxide semiconductor active pixel sensor,CMOS APS)电离总剂量效应对星敏感器星图识别的影响机理.通过搭建外场观星试验系统,实际观测天顶和猎户座天区,经过星图数据采集、星点提取与星图识别等试验流程,获得⁶⁰Co-γ射线辐照后CMOS APS噪声对星图背景灰度均值、识别星点数量的影响机理,并提出一种寻找被辐射噪声湮没星点的识别算法.通过理论推导分别建立了CMOS APS暗电流噪声、暗信号非均匀性噪声和光响应非均匀性噪声与星点质心定位误差的定量关系.研究结果表明⁶⁰Co-γ射线辐照后星敏感器星图背景灰度均值增大、星点识别数量减少, CMOS APS辐照后噪声增大导致星点质心定位误差增大,从而影响星敏感器的姿态定位精度,该研究结果为高精度星敏感器的设计和抗辐射加固提供一定的理论依据.     

~(60)Co-γ射线茶穗辐照及其抗辐照性研究

为了探究~(60)Co-γ射线辐照对茶树插穗的诱变效应,选取广西区内特有品种尧山秀绿、桂香18号、桂绿1号的插穗,分别用2.5Gy、9.0Gy、15.0Gy的~(60)Co-γ射线进行辐照处理。探索辐照对茶树发芽率、存活率等的影响,为广西区内茶树辐照育种提供有效的途径和方法。实验表明:自养期内,三个品种中桂绿1号的抗辐照性能最佳,一定剂量(9.0Gy)的辐照还能在一定程度上减小桂绿1号的落叶率;茶树的插穗对辐照很敏感,2.0Gy的低吸收剂量的辐照已经明显阻碍插穗的生根和发芽;茶树的抗辐照性能因品种不同而有明显的强弱差异,每个品种的适合辐照剂量不相同;依据后期存活率,桂香18号的抗辐照性能比尧山秀绿和桂绿1号更强,同时,桂香18号在9.0Gy条件下的抗辐照能力尤为突出。     

位移损伤诱发CMOS图像传感器电荷转移损失退化的理论模拟研究

以4T PPD（4个晶体管的钳位光电二极管）型CMOS图像传感器为研究对象，开展注量为1×10¹¹,3×10¹¹,5×10¹¹,7×10¹¹,1×10¹² neutron/cm²的中子辐照下损伤模拟的研究，建立CMOS图像传感器的器件模型和不同注量中子辐照后位移损伤的缺陷模型；采用相关双采样技术测量由亮到暗连续两帧时序脉冲下浮置节点（FD）的输出值，建立测量电荷转移损失（CTI）的模拟方法；获得CTI随中子辐照注量的变化关系，分析CTI随中子累积注量的变化规律，结合中子辐照效应实验验证中子辐照诱发CTI退化的理论模拟计算结果的有效性。研究结果表明，CMOS图像传感器的位移损伤敏感区域为空间电荷区域，中子辐照后会在空间电荷区中引入位移损伤缺陷，这些缺陷通过不断俘获和发射载流子，使信号电荷不能快速转移到FD中，造成电荷转移损失；电荷转移损失随着中子辐照注量的增加而增大，二者在一定范围内呈线性关系。     

传输栅掺杂对CMOS有源像素满阱容量及暗电流的影响（英文）

研究了传输栅掺杂,即N+TG和P+TG,对满阱容量以及暗电流的影响。沟道电势分布受传输栅与衬底功函数差的影响,随着钳位光电二极管和浮动扩散节点之间的势垒高度的增加,feedforward效应被抑制,满阱容量增加。另一方面,处于电荷积累状态的沟道可以降低暗电流。基于四管有源像素工作过程进行仿真,结果表明,在曝光期间不加负栅压的情况下,基于P+TG的像素的满阱容量相对N+TG的提高了26.9%,其暗电流为N+TG的0.377倍。当电荷转移效率大于99.999%时,N+TG的开启电压需高于2.3 V,而P+TG的开启电压需高于3.0 V。     

电荷耦合器件的γ辐照剂量率效应研究

对电荷耦合器件进行了不同剂量率的γ辐照实验,通过多种参数的测试探讨了剂量率与电荷耦合器件性能退化的关系,并对损伤的物理机理进行分析。辐照和退火结果表明:暗信号和暗信号非均匀性是γ辐照的敏感参数,电荷转移效率和饱和输出电压随剂量累积有缓慢下降的趋势;暗场像素灰度值整体抬升,像元之间的差异显著增加;电荷耦合器件的暗信号增量与剂量率呈负相关性,器件存在潜在的低剂量率损伤增强效应。分析认为,剂量率效应是由界面态和氧化物陷阱电荷竞争导致的。通过电子-空穴对复合模型、质子输运模型和界面态形成对机理进行了解释。     

γ射线与N离子辐照类金刚石薄膜的机理研究

对类金刚石 (以下简称 DLC)薄膜受 γ射线与 N离子辐照的结果进行了比较 .通过 Raman光谱分析得出 :γ射线辐照造成薄膜中 SP3C— H和 SP2C— H键的减少及 SP3C— C键的增加 ,与此同时氢原子结合成氢分子 ,并从膜中释出 ,薄膜的类金刚石特征更加明显.当辐照剂量达1 0×104Gy时 ,SP3C—H键减少了约 5 0 % .N离子辐照使 DLC薄膜中 SP3C— C键、SP2 C—H键及 SP3C—H键的含量均变少 ,并伴随着氢分子的释出 ,直接导致 DLC薄膜的进一步石墨化,其对 SP3C—H及 SP2C— H键的破坏程度远大于γ射线 .两者在辐照机理上截然不同.The results of the diamond like carbon films(the following is called for short DLC film) irradiated by γ rays and N ion were reported. It showed that SP 3C—H and SP 2C—H bonds were decreased, and SP 3C—C bonds were increased by γ ray irradiation, and induced hydrogen recombination with H 2 molecules, and subsequently released from the surface of the films. When the γ ray irradiation dose reached 10×104Gy, the numbers of SP3C—H bonds were decreased by about 50%...     

铁电存储器~(60)Co γ射线及电子总剂量效应研究

以型号为FM28 V100的铁电存储器为研究对象,进行了~(60)Co γ射线和2 Me V电子辐照实验.研究了铁电存储器不同工作方式、不同辐射源下的总剂量辐射损伤规律,用J-750测试部分直流参数和交流参数,分析了存储器敏感参数的变化规律.实验结果表明:对动态、静态加电、静态不加电三种工作方式下的结果进行比较.其中静态加电工作方式下产生的陷阱电荷最多,是存储器最恶劣的工作方式;器件的一些电参数随总剂量发生变化,在功能失效之前部分参数已经失效;在静态加电这种最恶劣的工作方式下,得到~(60)Co γ射线比电子造成更加严重的辐照损伤.     

~(60)Co辐照损伤对发光二极管性能影响的研究

通过引入散射理论建立了发光二极管模型,并考虑低计量率电离辐照损伤影响,建立了器件材料散射因子与辐照损伤的关系模型.在输入电流宽范围变化的条件下,测量了器件在不同辐照条件下的电学特性,实验结果与理论模型符合良好.通过对测量结果和以上模型的分析,深入研究低剂量电离辐照损伤和发光二极管性能衰减的关系.证实由于复合中心上的电子浓度增加,导致界面态浓度和散射几率的略微增大,从而造成其I-V和L-V特性的略微衰减.同时由于重离子辐照可直接产生位移效应,使界面态浓度明显上升,因此其对发光二极管的影响较电离辐照大很多.